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机械毕业设计车辆工程全套

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CLYY01-008@ST5063TQZ清障车改装设计,机械毕业设计车辆工程全套

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可折叠式道路清障车的机构设计及优化 乐韵斐，施俊俊，王临春 (同济大学机械工程学院，上海201804) 摘要介绍一种新型的可折叠式道路清障车。重点介绍了液压抱胎机构、液压折叠机构和液压举升 机构的机构设计，并结合Matlab优化工具箱对液压举升机构进行了机构的优化设计，为运动学和动力学分 析提供了必要的前提条件。 关键词液压系统；机构设计；机构优化 中图分类号U4183 文献标识码B 文章编号10O1554x(2O10)03007303 Mechanism design and optimal analysis of road foldable wrecker LE Yun-fei，SHI Jun-jun，WANG Lin-ehun 清障车是一种功能性专用车辆，一般带有起 重、托举、拖曳等装备，用于清除道路障碍物 (主要是违章或故障车辆)。 传统的清障车以卡车作为牵引装置的载体 (图1)，在交通拥挤路段不能够及时发挥救援功 能。为了更好地实现道路救援功能，出现了一种 以微型车为牵引装置载体的可折叠式道路清障车， 其最大的优点就是良好的通过性，可以迅速到达 救援现场。 图1传统道路清障车 1可折叠式道路清障车总体结构 可折叠式道路清障车主要用于清理专用汽车 公路和城市道路上的小型故障及违章车辆，确保 道路交通畅通，该车具有位置举升、牵引等功能。 近几年，国产轿车行业发展迅速，家庭用车越来 越多，可折叠式道路清障车的开发具有巨大的经 济和社会效益。此种清障车具有良好的通过性、 可以快速到达现场，可有效缓解城市交通拥堵的 状况。 如图2所示，可折叠式道路清障车主要由3部 分组成：举升机构、抱胎机构、折叠结构，并通 过液压系统来实现上述机构的运动。所有动作均 可实现自动化操纵，由一人轻松操作完成对故障 车或违章车的牵引工作。整个操作过程预计在2 3分钟内完成。 液压系统工作原理见图3，由动力泵、溢流 阀、调速阀、电磁换向阀、平衡阀、液压缸等组 成。液压动力泵站为各翻转模块提供动力，通过 电磁换向阀切换来实现各个液压缸动作顺序；举 升油缸的同步是通过调速阀来实现的；当举升机 构突然停止时，通过平衡阀可以产生一定背压， 以平衡重力负载和实现缓冲。 图2可折叠式道路清障车总体结构 收稿日期20091010 通讯地址乐韵斐，上海市杨浦区赤峰路65号401室 建筑缸娥201003(上半月刊) nts74 1动力泵2卸荷溢流阀 3调速阀 4电磁换向阀5平衡阀 图3液压系统工作原理图 2可折叠式道路清障车结构设计及优化 21液压抱胎机构设计 如图4所示，液压抱胎机构采用一套曲柄摇块 机构。抱胎油缸作为驱动原件，通过其伸缩带动 曲柄BC转动，同时油缸以铰点A为中心摆动。当 油缸伸长时，曲柄BC以铰点C为中心顺时针转 动，实现夹紧轮胎的动作；当油缸缩短时，曲柄 BC以铰点C为中心逆时针转动，实现放松轮胎的 动作。其中曲柄BC的转动角度范围为090。 铰点 a液压抱胎机构简图 b液压抱胎机构三维实体结构 图4液压抱胎机构 22液压折叠机构设计 如图5所示，液压折叠机构采用一套曲柄滑块 机构。折叠油缸作为驱动原件，油缸活塞杆作伸 缩运动带动曲柄AB和A B 转动。当油缸伸长时， 曲柄AB和A B 以铰点A和A 为中心顺时针转 动，实现展开清障车车架的动作；当油缸缩短时， 曲柄AB和A B 以铰点A和A 为中心逆时针转 动，实现清障车车架折叠的动作。曲柄AB和A B 的转动角度范围为090。 a液压折叠机构简图 b液压折叠机构三维实体结构 图5液压折叠机构 23液压举升机构设计及优化 231液压举升机构设计 如图6所示，对违章或事故车辆的举升和下放动 作是由一套四连杆机构来实现的。举升油缸作为驱动 元件，通过其伸缩带动连杆机构的运动。当油缸伸长 时，角BDC逐渐变大，引起杆 绕铰点E和杆AB 绕铰点A的转动，实现铰点D的上抬，举升车辆； 当油缸缩短时，则实现事故车辆的下放动作。 b液压举升机构三维实体结构 图6液压举升机构 232液压举升机构尺寸的优化设计 (1)相关设计参数的确定。油缸及机构的重量 忽略不计；负载的重量为2t；上抬高度200300mm； 建筑机械201003(上半月刊) nts2个起升机构之间的距离为2000mm，举升油缸缩回 时的长度为400mm，伸出时长度为660mm。 (2)液压举升机构初始状态力与力矩分析。 图7液压举升机构的初始状态受力分析 液压举升机构的初始状态如图7所示。假设初 始角度 BAD=Oo，角 ABD= ，举升结束时角 DAE=0 。杆AD=z ，杆BD=z：，杆CD=z3， 杆DE=z 。l：和 的夹角为a，以铰点D作为分析 的原点矩。 主动力矩： + 一160000 COSOI ： 些： !i-二I2+ 132- 160000- 。400 400 =华(Dzd2 A 主=F油+F2Z 负载力矩： Mm=F1 Z1 (3)基于Matlab的杆长优化设计分析。 选取设计变量。 杆AB=l ，杆BD=z ，杆CD=z3，杆DE= z ，杆长作为设计的变量，进行优化设计。 约束条件。 线性约束： 5o0411 4600 500412 4550 1504134250 150041441700 700一l21341 4o 2一Z3400 14o 非线性约束： 起升高度的非线性约束 2504z+z；一2z1 z2cosO cos(O1一Oo)300 Z1 cos&+Z2cos(180。一 一 )+ 4350040 2600一Z1 COS1一Z2cos(180。一 一 )一144o 目标函数。 =F1 1一F油h+F214 要求初始状态和终止状态时，主动力矩和负载力 矩的差值最小，即意味着结构能承受更大的力矩。 设计方案涉及两项设计指标，期望两个目标 同时达到最优值。如何在满足承载能力的同时材 料损耗相对较少，成为解决问题的关键。 求解多目标优化问题的基本思想是将各个分 目标函数构造成一个评价函数 厂(z)=f (z)， (z)， (z) 从而将多目标优化问题转化为求解评价函数 的单目标优化问题来处理。 构造评价函数的方法主要有协调曲线法、线 性加权法、规格化加权法、功效系数法、乘除法 和主要目标法。 通过对比和比较，最终采用协调曲线法。协 调曲线法的基本原理首先是求出多目标优化设计 问题的若干非劣解，然后再从这些非劣解中根据 某项预定的原则选出好解。 实际上协调曲线亦可以是求 minf(x)=fl(z)+W 厂2(z) s g (z)4O， =1，2， 当加权因子w从零到无穷大时得到最优点的 集合。 通过Matlab的初步优化，得出杆长为 Z1=600，12=500，Z3=220， 4=1500 3结束语 本文介绍了可折叠式道路清障车的总体结构 和液压系统原理，重点分析了可折叠式道路清障 车3个主要液压驱动机构的设计，并利用Matlab 对液压举升机构